夏志東，胡琳琳，張瑋玥

（1·衢州市柯城區(qū)水利局，浙江 衢州 324000；2·杭州定川信息技術有限公司，浙江 杭州 310020；3·浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

浙江省地處東南沿海，山地和丘陵占據75%左右，有“七山一水二分田”之說。近年來，由于全球氣候變化，大范圍梅雨、局地短時強降雨和臺風暴雨頻發(fā)，加之人類不合理活動影響，造成山洪災害頻繁發(fā)生，嚴重威脅山丘地區(qū)人民群眾的生命財產安全，是當前水旱災害防御工作的重大風險點。據統(tǒng)計，浙江省目前調查重要沿河村落11 500余個，危險區(qū)內影響人員達27.3萬人。2010年以來，在水利部的統(tǒng)一部署下，浙江省持續(xù)開展山洪災害防治項目建設，基本構建了專業(yè)監(jiān)測預警與群測群防相結合的山洪災害防御體系，取得了顯著防災減災效果，有效避免了群死群傷事件的發(fā)生。

山洪災害防御主要有工程措施和非工程措施兩類[1-2]，工程措施包括病險水庫除險加固、堤防護岸、清淤疏浚、堰壩整治、水土保持等，非工程措施包括構建天空地一體化監(jiān)測體系、山洪災害調查評價、智能化預警平臺和群測群防體系建設等內容。在極端性氣候條件下，單靠非工程措施難以有效減少山洪災害損失，需采取必要的工程措施進行保護，與監(jiān)測預警等非工程措施聯(lián)合發(fā)揮減災作用。本文主要通過探討在山丘區(qū)小流域選擇合適位置建設一種底孔開口式的防洪滯洪水庫，可以在一定程度上削減洪峰流量，有效減輕下游山洪災害，達到保護下游村莊及人員生命財產安全的目的。

2 蓄滯洪水庫作用

眾所周知，水庫具有蓄洪、削峰、錯峰等功能，通過控制運用和自然調蓄，能夠在一定程度上減輕下游地區(qū)的洪水災害[3]。水庫削減洪水流量的原理是水量平衡方程，當出庫流量小于入庫流量，多余的水量就被滯留在水庫內，蓄水量增加。因此水庫防洪效益大小主要受防洪庫容控制：防洪庫容越大，削減洪峰、滯納洪水的作用就越顯著。因此，故通過在山丘區(qū)流域上游建設水庫，能夠快速提高下游保護對象的防洪能力，顯著改善流域中下游地區(qū)的防洪現(xiàn)狀。

對于山區(qū)小流域而言，通過建設水庫來提升防洪能力受到多種因素制約：一是建設資金成本高，防洪庫容大也會造成征地、移民等難以處理；二是受地形、地質條件的制約，也難以找到具有相當庫容條件的壩址位置。防洪庫容一般是水庫汛限水位至防洪高水位之間的庫容，要在山區(qū)充分利用小庫容來發(fā)揮防洪效益，就是要盡量不設置正常庫容，把有限的庫容都用于洪水大流量時的防洪滯洪。因此，我們可以考慮在壩底設置泄流洞，泄流洞的尺寸根據下游河道的安全行洪能力而定。當來水量小于下游河道安全泄量時，洪水通過泄流洞自由無壓泄流，隨著來水量逐漸增大，庫水位開始抬升，泄流洞下泄能力也隨之增大，大于下泄流量的部分洪量在水庫內滯蓄。若下游保護對象設防標準為20 a一遇，則遭遇20 a一遇以下洪水情況時，滯洪水庫只通過泄流洞進行泄洪，最大下泄流量不超過河道安全泄量；當遭遇超過20 a一遇洪水，壩頂溢洪道開始溢流，下泄流量由泄流洞和溢洪道兩部分組成，下游保護對象應進行提前預警并組織轉移。

由于山溪性河道洪水暴漲暴落，匯流時間短，洪水峰型多為尖瘦形，洪水的沖擊性和破壞性與峰值流量大小直接相關，因此通過設置一定的滯洪庫容，將洪水過程頂部的部分洪量截留在水庫內，削減洪峰流量，在一定程度上可提升下游地區(qū)的防洪能力。

3 蓄滯洪水庫需考慮的問題

3.1 壩型和壩址選擇

一般情況下，用于山洪災害防御的蓄滯洪水庫的庫容不大。壩底設置泄流洞允許不影響下游安全的流量過流，壩頂要設置溢洪道承擔超標準洪水情況下的泄洪任務，從結構上看只有重力壩和拱壩滿足要求。采用拱壩時應根據壩址地形條件進行專項論證。在壩址選擇上，應綜合考慮壩址的地形地質條件、庫容和上游淹沒情況，壩址上游的集水面積不宜太大，否則要求的滯洪庫容就大，直接造成政策處理難度和經濟造價的上升，技術經濟效益不顯著。從防洪滯洪效果上看，離保護的對象越近，防洪滯洪效果就越好，因此壩址選擇應盡量離保護對象近一些。

3.2 保護對象防洪標準

根據保護對象的類型及重要性，按照GB 50201—2014《防洪標準》[4]來確定保護對象的設防標準。對于山區(qū)小流域而言，保護對象一般為村莊人口集聚區(qū)和重點集鎮(zhèn)，防洪標準一般為10~20 a一遇?？紤]山洪災害的破壞性及山洪發(fā)生時砂石雜物阻塞河道造成洪水位加劇抬升等因素，蓄滯洪水庫對下游保護對象的保護標準不宜低于20 a一遇。

3.3 泄流洞規(guī)模

根據下游保護對象所在河道的位置、斷面形狀及比降等，采用謝才公式①謝才公式：通過坡降、水力半徑來計算明渠和管道均勻流平均流速的公式，1769年由法國工程師A·de謝才提出。計算斷面水位流量關系，從而得到河道安全泄量。洪水前期，泄流洞為無壓流狀態(tài)，隨著水位上漲，洞內流態(tài)由無壓流向有壓流過渡，泄流能力也隨著水頭抬升而增加。假定不同的泄流洞尺寸計算其泄流能力，根據下游設防標準的設計洪水、庫容曲線等，通過調洪演算得到最高庫水位、最大下泄流量及滯洪庫容等，綜合考慮庫容因素及下游河道安全泄量，確定泄流洞規(guī)模。

3.4 大壩防洪標準

對于超過下游設防標準的洪水，由壩頂溢洪道參與聯(lián)合泄洪，水庫將轉為保壩為主，溢洪道規(guī)模應滿足設計、校核洪水的下泄要求。根據GB 50201—2014《防洪標準》，按照水庫總庫容確定大壩的防洪標準，并考慮波浪爬高、安全加高等確定壩頂高程。

4 應用案例

鄣吳溪小流域位于浙江省安吉縣西北部，其中里庚溪支流山高坡陡，河道比降大，河道受兩側山體控制走向蜿蜒，缺少開闊地，壩址條件良好但庫容條件較差。外庚以下地勢趨平緩，兩岸村莊防洪能力不足10 a一遇。知青壩位于里庚溪里庚村下游約1 km處，位于兩山之間峽谷地帶，于1966年由下鄉(xiāng)知青所建。壩址以上集水面積僅3.1 km2，河道比降73‰，預制混凝土拱壩。壩頂高程173.00 m，最大壩高約15 m，壩頂長約50 m，壩體中間為溢流壩段，溢流段頂高程170.00 m，相應庫容僅5萬m3，溢流凈寬15 m，壩底正中設有直徑2.8 m的自流式溢洪洞，是較為典型的蓄滯洪水庫（見圖1）。

圖1 底孔式防洪壩圖

因設計資料缺失，無法知曉其設計防洪標準。根據GB 50201—2014《防洪標準》，該滯洪水庫參照?。á颍┬退畮斓燃?，結合其下游防護對象和防護要求，采用設計洪水標準20 a一遇，校核洪水標準100 a一遇。通過暴雨洪水計算，壩址10 a一遇洪峰流量為69 m3/s，20 a一遇洪峰流量為84 m3/s。經過行洪能力復核，下游景塢村安全泄洪能力約為60 m3/s。

泄流洞按有壓短洞公式計算泄流能力，壩頂溢洪道按實用堰公式計算，泄流能力見表1。為比較設置底孔泄流洞的防洪效果，本次調洪計算按考慮泄流洞和不考慮泄流洞兩種情況計算，見表2。

表1 水位-泄流能力關系表

表2 知青壩調洪計算成果表

根據調洪計算成果，在不考慮泄流洞情況下，由于該水庫滯洪庫容很小，對各頻率洪峰流量只削減了1~2 m3/s，幾乎沒有調蓄滯洪作用。如在壩底設置泄流洞，水庫自動攔蓄超過下游安全泄量的部分洪水，10 a一遇洪水削減洪峰流量12 m3/s，20 a一遇洪水削減洪峰流量9 m3/s，該滯洪壩將下游景塢村的防洪能力從略高于5 a一遇提高到10 a一遇以上，但隨著洪水重現(xiàn)期增大，庫水位在洪峰到來前就已升至溢洪道高程，故對50 a一遇以上洪水幾乎沒有調蓄滯洪作用。由此可見，蓄滯洪水庫具有良好的削峰滯洪作用，對于山洪災害防御能夠發(fā)揮一定作用，但良好的庫容條件是影響蓄滯洪水庫發(fā)揮效益的重要因素。

5 結 語

對于山洪災害防御而言，蓄滯洪水庫是一種較為有效的工程措施方式，既可以通過工程措施削減下游洪峰流量，提升下游防洪能力，也可以根據蓄滯洪水庫的水位上漲情況設置報警水位閾值。通過安裝自動水位監(jiān)測設備，當庫水位即將達到溢洪道高程時，采用物聯(lián)網技術聯(lián)動村莊里的預警設備，提醒下游群眾立即撤離，較之以往采用雨量預警的方式準確性更高。同時，在地質災害風險較高的地區(qū)建設蓄滯洪水庫，可以攔截滑坡、泥石流等土體，能夠有效降低下游地區(qū)地質災害風險。

由于建設水庫的工程費用較高，選址時一定要充分考慮地形地質條件，要具有一定的庫容條件且上游淹沒的政策處理費用小，則是比較經濟合理的做法。在受到地形條件制約時，也可選擇梯級水庫形式建設，充分利用滯洪庫容。為減輕政府資金壓力，將蓄滯洪水庫項目結合新農村開發(fā)，引入社會資本開展山區(qū)漂流項目建設，在主汛期氣象預報有暴雨時，預先騰空水庫保證泄流洞敞開發(fā)揮防洪滯洪作用。